Химия и энергетика работающей мышцы

Работа мышцы включает два компонента: во-первых, напряжение, усилие; во-вторых, движение, перемещение. В переводе на язык физики это означает, что мы имеем здесь определенную силу, действующую на определенном расстоянии, т. е. перед нами — типичный пример, иллюстрирующий понятие работы из школьного курса физики. Развивая многократно большие усилия на малых отрезках, но суммарно при бесчисленных повторениях складывающихся в длинные пути, наши мышцы выполняют весьма значительную работу. Понятно, что для этой работы они должны где-то черпать энергию. Как мы уже знаем, эту энергию мышце дает окисление глюкозы, сгорание ее. Однако это еще не все. При сокращении мышцы в ней происходит цепь интереснейших химических метаморфоз. По этой цепи энергия окисляющегося сахара, глюкозы передается рабочим элементам.

Начинается цепочка с уже знакомой нам аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Она представляет собой как бы пороховой заряд мышцы. Взрывообразно расщепляясь, АТФ выделяет большое количество энергии, непосредственно передаваемой сократительным нитям мышечных волокон. Вся остальная цепь химических процессов осуществляет восстановление исходных количеств фосфорной взрывчатки. Следует новый «взрыв» и т. д. Нам кажется, что, протягивая руку к карандашу, мы совершаем лишь одно сокращение мышцы. На деле каждую секунду наши мышцы сокращаются 60—80 раз. По сути дела, они просто еще не успевают расслабиться, как уже следует новый приказ из мозга. «Взрывы» происходят друг за другом, и мышца совершает непрерывное напряжение, состоящее из массы быстро сменяющих друг друга волн.

Из сказанного ясно, что мышца представляет собой преобразователь энергии из химической формы в механическую. Всякое же преобразование характеризуется своим коэффициентом полезного действия. Природа установила на все переходы энергии из одной формы в другую как бы тепловой налог — часть энергии превращается в тепло.

Какова же величина этого налога в мышце?

Налог этот достаточно велик. Лишь 30 % энергии сгорающего сахара передается по химической цепочке на нужды мышечного сокращения. Если же учесть, что при любой работе ряд мышц обеспечивает опору, фундамент движения, в самом движении и перемещении груза не участвуя, то в целом КПД наших мышц составляет всего 20 %. Остальные 80 % энергии — тепловые потери. Однако для организма это — не потери, а наше отопление. Именно они позволяют нашему телу сохранять более высокую температуру, чем температура окружающей среды.